湖南省常德市畜禽粪污排放量估算与治理对策

郭冬生，彭小兰

(1.湖南文理学院生命与环境科学学院，动物学湖南省高校重点实验室，湖南常德415000;2.常德市武陵区畜牧兽医水产局，湖南常德415000)

湖南省常德市畜禽粪污排放量估算与治理对策

郭冬生1，彭小兰2

(1.湖南文理学院生命与环境科学学院，动物学湖南省高校重点实验室，湖南常德415000;2.常德市武陵区畜牧兽医水产局，湖南常德415000)

为了解湖南省常德市畜禽粪便及其污染物排泄情况，为畜禽养殖业污染物防控与治理提供依据，以《2011湖南省常德市农村统计年鉴》中畜禽出栏数作为统计基数，根据畜禽粪便排放系数和粪汚含量，估测了2011年湖南省常德市畜禽粪汚排泄情况。结果表明，2011年湖南省常德市畜禽粪便产生总量792.97万t，尿液排泄总量441.71万t，COD(化学需氧量)33.16万t，BOD(生化需氧量)29.98万t，NH3-N 2.48万t，总磷4.36万t，总氮8.21万t;畜禽粪便Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、As、Hg的排泄量分别为284.36、217.13、32.61、36.86、6.05、33.44、5.43、0.29 t;2011年湖南省常德市畜禽粪便排泄抗生素总量22.23 t，其中四环素类、喹诺酮类和磺胺类分别为15.94、0.413和5.87 t，鸡粪是抗生素排泄的主体，占抗生素总排泄数的49%，四环素占总抗生素排泄量的71.72%;2011年湖南省常德市畜禽粪便发酵产气总量约为77 002万m3。畜禽养殖业粪汚排泄量巨大，危害严重，在实践中应坚持减量化、无害化和资源化三原则，倡导畜禽健康养殖新理念。

常德市;畜禽粪便;排泄参数;估测

集约化和规模化畜禽养殖模式的发展极大地满足了人类对动物性食品的需求，也促进了农业经济的快速发展，目前，我国已成为世界上最大的猪肉和禽蛋生产与消费国，牛奶总产量也是世界第三大国。湖南省是一个传统的农业大省和强省，据《2011湖南农村统计年鉴》中公布的统计资料，2011年湖南省出栏生猪7998.58万头、出栏牛181.03万头、出栏肉羊718.96万头、出栏家禽58209.45万羽、出栏肉兔527.52万只、肉类总产量674.2657万t、牛奶产量7.6694万t［1］。畜禽养殖业对湖南农业经济发展占有举足轻重的作用，常德市是湘西北的传统农业大市，畜禽养殖业以养羊和养禽为主。畜禽集约化养殖模式发展，给生态环境和食品安全也造成了前所未有的压力，畜禽粪便中的重金属元素，抗生素、病原微生物，氮、磷，氨气、硫化氢、甲烷等有毒有害气体对水环境、空气环境和土壤环境造成严重污染和危害，是一个急切解决的重要课题。2011年湖南省畜禽粪便产生总量为6680.29，COD 327.49，BOD 302.39万t，NH3-N 26.04万t，总磷30.78万t，总氮64.45万t;畜禽粪便中重金属排泄量分别为Zn 3802.54 t、Cu 2772.43 t、Cr 335.67 t、Pb 265.06 t、Cd 51.11 t、Ni240.6 t、As47.63 t、Hg 2.16 t;2011年湖南省畜禽粪便发酵生产沼气总量约为572088万M3。本论文根据畜禽粪便排放系数和畜禽粪便污染物含量，以湖南省常德市2011年农业统计年鉴中的畜禽出栏数为基数，估算2011年湖南省常德市畜禽粪尿排泄量，畜禽COD、BOD、NH3-N、总磷和总氮排泄量，畜禽粪便中重金属和抗生素排泄量，粪便发酵沼气产量，为畜禽粪污的治理提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 基础数据

从表1可见，2011年湖南省常德市出栏生猪590.63万头、出栏牛14.75万头、出栏肉羊170.26万头、出栏家禽11 508.06万羽。本论文中畜禽粪便和污染物排泄量均以表1中的畜禽出栏数作为计算基数。

1.2 计算参数

1.2.1 畜禽粪便排泄系数畜禽粪便排放系数受动物品种、采食量、饲料、环境等诸多因素的影响，因此畜禽排放系数差异很大，难以标准化和统一。本论文畜禽粪便排放系数参照国家环境保护总局文件“关于减免家禽业排污费等有关问题的通知”(环发［2004］43号)，牛、猪、鸡、鸭的粪便日排放系数和年排放系数见表2，畜禽粪便中污染物平均含量见表3，家禽的粪便排放系数和粪污含量取表2～3中鸡和鸭的平均值。另外，羊的粪便排放系数及污染物含量参照王方浩等中国畜禽粪便排泄系数及其中的养分含量［2］(表4)。

表1 2011年湖南省常德市各区县市猪、牛、羊、家禽出栏数与产量Table 1 Production and slaughtered of pigs，cattle，sheep，poultry in Changde city of Hunan province in 2011

表2 畜禽粪便排泄系数Table 2 Excretion coefficient of livestock and poultrymanure

表3 畜禽粪便中污染物平均含量Table 3 Content of pollutants in different livestock and poultrymanure (kg/t)

表4 畜禽粪便排泄系数及其中的养分含量(鲜重)Table 4 Excretion coefficient and nutrient content of livestock and poultrymanure

1.2.2 畜禽粪便重金属含量微量元素是保证动物健康和促进动物生长所必需的，但很多饲料厂和养殖场为了盲目追求畜禽生长速度、增强动物抗病力或调控动物生理与代谢，超量添加铜、锌、砷、锰、铅等微量元素添加剂，导致重金属含量大量排放。畜禽粪便中重金属含量差异很大，尤其是受饲料中添加剂添加量，动物生长阶段和地域等诸多因素影响，本论文中猪粪、鸡粪、牛粪和羊粪中重金属含量参照刘荣乐等不同畜禽粪便中重金属含量平均值［3］(表5)。

1.2.3 畜禽粪便发酵产气系数沼气发酵技术是实现农村废弃物资源化利用，改善环境，促进生态农业建设的有效途径之一［4］。沼气发酵原料主要包括:畜禽养殖废弃物，如猪、鸡、牛、羊、鸭、兔等家畜家禽粪便;农作物的秸秆、杂草、树叶等;以及农产品加工的废物和废水［5］。常见畜禽粪便和秸秆发酵产气潜力参照农村家用沼气发酵工艺规程(GB 9958-1988)［6］(表6)。

表5 不同畜禽粪便中重金属的含量Table 5 Content of heavymetals in different livestock and poultrymanure(mg/kg干重)

表6 常见原料每千克干物质的产气量(沼气)Table 6 Gas production of common material per kilogram dry(biogas)

羊粪沼气发酵产气量根据路娟娟(2006)研究报道［4］，在平均室温22.9℃的条件下，以羊粪为原料，进行批量发酵产沼气的试验研究，在液料TS浓度为8.65%时，羊粪发酵产沼气潜力为214.47 mL/g，即0.21447 m3/kg。

1.2.4 畜禽粪便抗生素含量由于抗生素具有抗病治病、促进生长和提高饲料利用率等功效而被广泛使用，对于促进畜禽养殖业发展起到了重要作用。据调查推算，中国每年生产抗生素原料大约21万t，其中有9.7万t用于畜禽养殖业，占年产总量的46.1%。用于畜禽养殖业的抗生素主要是四环素类、磺胺类、泰乐菌素和枯草杆菌抗生素等，当抗生素随饲料进入动物消化道后，仅有少部分经过羟基化、裂解和葡萄糖苷酸化等代谢反应生成无活性产物，大约60%～90%以药物原形或初级代谢产物的形式通过粪便和尿液排出体外［7］。畜禽粪便中抗生素残留量与养殖方式和动物种类等诸多因素密切相关，本论文参照张慧敏等研究报道［8－11］，筛选出畜禽粪便中抗生素含量(表7)，作为估测畜禽粪便抗生素排泄量的计算参数。

表7 不同畜禽粪便中抗生素的含量Table 7 Antibiotic amounts in different livestock and poultrymanure(g/kg)

表8 畜禽粪便干物质含量Table 8 Drymatter content of animalmanure(%)

1.3 计算方法

以2011年湖南省常德市各县市区猪、牛、羊和家禽的出栏数作为统计基数，根据上述畜禽粪便排泄系数、粪污、重金属和抗生素含量及畜禽粪便发酵产气系数，结合畜禽粪便干物质含量(表8)，分别估算2011年湖南省常德市畜禽粪便产生量，粪污、重金属和抗生素排泄量，粪便发酵产气量，为环境治理提供依据和参考。

畜禽粪便产生总量的估算:θ=N×P，θ为年度粪便产生量;N为饲养量;P为排泄系数。

畜禽粪便中粪污、重金属和抗生素排泄量估算: A=θ×C，A为畜禽粪便年度产生的粪污、重金属和抗生素排泄量;θ为年度粪便产生量;C为畜禽粪便中粪汚、重金属和抗生素含量。

粪便发酵产气量估算:v=θ×λ，v为畜禽粪便年度产生沼气总量;θ为年度粪便产生量;λ为畜禽粪便发酵产气系数。

2 结果与分析

2.1 2011年湖南省常德市畜禽粪便产生量

从表9可见，2011年湖南省常德市猪、牛、家禽和羊出栏总数12 283.7万头(万只、万羽)，粪便产生总量792.97万t，尿液排泄总量441.71万t，COD (化学需氧量)33.16万t，BOD(生化需氧量)29.98万t，NH3-N 2.48万t，总磷4.36万t，总氮8.21万t。

表9 2011年湖南省常德市畜禽粪便及其污染物排放量估测值Table9 Estimated value of pollutant emissions from livestock and poultrymanure in Changde city of Hunan province in 2011

表10 2011年湖南省常德市畜禽粪便重金属排放量估测值Table 10 Estimated value of heavymetals from livestock and poultrymanure in Changde city of Hunan province in 2011

受诸多因素影响，估测值与实际情况会有很大差别［12－14］，一是作为估测基数的畜禽数量很关键，一年中畜禽统计指标有出栏数、存栏数等，而且畜禽不同生长阶段排泄系数差别也会很大;二是畜禽粪污排泄量与动物采食量，饲料营养水平和添加剂使用情况密切相关，日粮蛋白水平与氮和NH3-N排泄量高度相关;三是环境、气候、地域、饲养管理和动物品种等也是影响粪污排泄的重要因素;四是统计年鉴中只提供了家禽总数，没能区分鸡和鸭种类，但鸡和鸭的排泄系数及粪污含量差别很大，本论文中取其平均值。基于以上原因，畜禽粪污排泄量是动态数据，准确估算有相当难度。

2.2 2011年湖南省常德市畜禽粪便重金属排泄量

微量元素是维持畜禽生长和保障畜禽健康必需的营养元素，因此，市场上有许多畜禽微量元素添加剂产品，但超量添加会导致体内残留量和排泄量增加，对食品安全和生态环境构成巨大威胁。

表10分别估测统计了2011年湖南省常德市畜禽粪便中重金属排泄量，Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、As、Hg的排泄量分别为284.36、217.13、32.61、36.86、6.05、33.44、5.43、0.29 t。

由图1可见，畜禽粪便中Zn和Cu是主要的金属元素排泄物，排泄数量巨大，造成巨大的浪费和水土环境污染，Zn和Cu对于促进动物生长，维持动物健康所必需的，仔猪日粮中添加高铜(150～250 mg/ kg，硫酸铜)和高锌(2000～3000 mg/kg，氧化锌)有促进生长、降低腹泻、提高饲料转化率和增加动物采食量等作用和功效，因此，高铜高锌在实践中常常应用。Cr、Pb、Cd、Ni、As、Hg排泄量虽然不是很大，但危害却是巨大的，毒副作用巨大，一般在日粮中不专门添加，主要来源于饲料污染和残留。畜禽粪便中重金属含量变异性很大，主要受日粮中微量元素添加剂用量的影响，一般添加量越多排泄量也就越大。

图1 2011年湖南省常德市畜禽粪便中重金属排泄量Fig.1 The heavy metal emissions coming from animal manure Changde city of Hunan province in 2011(T)

2.3 2011年湖南省常德市畜禽粪便发酵产气量

畜禽粪便发酵产气是最有效的“资源节约、环境友好”利用途径，工厂化养殖模式下产生的大量畜禽粪便便于集中处理与利用，畜禽粪便是发酵生产沼气的重要基质来源。根据不同畜禽粪便的发酵产气潜力估测了2011年湖南省常德市畜禽粪便发酵产气量，由表11可见，2011年湖南省常德市畜禽粪便发酵产气总量约为77 002万m3，是一个数量巨大的清洁能量来源。研究发现，1 m3沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7 kg无烟煤提供的热量，据此估测，2011年湖南省常德市畜禽粪便发酵产气量约相当于53.9万t无烟煤产生的能量。

2.4 2011年湖南省常德市畜禽粪便抗生素排泄量

表9中2011年湖南省常德市畜禽粪便排泄总量，参照表7中畜禽粪便抗生素残留值，分别估测猪粪、牛粪和鸡粪中的四环素类、喹诺酮类和磺胺类3类抗生素排泄总量(表12)，为畜禽粪汚治理提供理论依据。

从表12可见，2011年湖南省常德市猪粪中排泄四环素类7560 kg，喹诺酮类245.8 kg，磺胺类1863.45 kg;牛粪中排泄四环素类870 kg，喹诺酮类104.87 kg，磺胺类693.38 kg;鸡粪中排泄四环素类7510 kg，喹诺酮类62.38 kg，磺胺类3316.96 kg。按照动物种类和抗生素类别统计见表13。

从表13可见，磺胺类占26.43%，喹诺酮类占1.85%。不同动物种类不同抗生素排泄总量柱状图见图2。鸡粪是抗生素排泄的主体，占抗生素总排泄数的49%，牛粪占7.5%，猪粪占43.5%;从抗生素种类分析，四环素是畜禽粪便抗生素排泄的主体，占总量的71.72%。

表11 2011年湖南省常德市畜禽粪便发酵产气量估测值Table 11 Estimated value of fermentation gas production from livestock and poultrymanure in Changde city of Hunan province in 2011

表12 2011年湖南省常德市畜禽粪便抗生素排放量估测值Table 12 Estimated value of antibiotic from livestock and poultrymanure in Changde city of Hunan province in 2011(kg)

表13 按照动物种类抗生素类别统计数据Table 13 Statistic results of antibiotic amounts according to the animal species(kg)

3 讨论

畜禽粪便污染问题已引起相关部门的高度重视，是一个要着力解决的关键问题，在粪汚治理上应坚持三个原则，一是减量化原则;二是无害化原则;三是资源化原则(翁伯琦，2010;孔源，2002)［15－16］。

图2 不同动物种类不同抗生素排泄量Fig.2 The different antibiotics excretion coming from different animal

减量化应做到根据畜禽不同生长阶段和生理状况，参照营养需要配制营养均衡的日粮，切不可为了盲目追求生长速度、增强动物抗病力或调控动物生理与代谢提高饲料营养水平，低蛋白日粮配制，有机微量元素和植酸酶等有利于粪汚的减量化。大量研究表明，添加合成氨基酸，按照理想氨基酸模式配制日粮，在不影响动物生长性能前提下使日粮蛋白质水平降低2%～5%，日粮中粗蛋白含量每降低1 %，氮的排出量就减少8.4%左右。在保持生产性能不变的情况下，添加必需氨基酸，将肥育猪日粮粗蛋白质从16%减至12%时，猪粪尿中氨气的排放量减少79%。

生物发酵舍畜禽养殖零排放技术是将益生菌拌入垫料和饲料，将畜禽粪便中的有机物发酵分解成无机物，达到零排放的无害化处理目的，养殖过程中不清粪、没有臭味、不冲洗圈舍、不排放污水，是一项对畜禽污染无害化处理的生态养殖技术。通过在畜禽日粮和垫料中添加EM微生物复合剂、丝兰属植物提取物、沸石粉(海泡石、膨润土、硅藻石等)、绿矾(硫酸亚铁)、活性炭、酸化剂等除臭剂，吸附、分解、转化和抑制排泄物中的有毒有害污染物，对其进行无害化处理。在生长猪日粮中添加2%海泡石，可使粪尿中氨含量减少6%。

资源化是大力发展循环经济，变废为宝，粪汚资源化途径主要是制作有机肥料、发酵生产沼气和制作饲料等，是最符合“资源节约、环境友好”理念的利用途径，也是应大力发展和加强的，大力倡导畜禽健康养殖。各种畜禽粪尿平均含有约25%的有机质，其中全氮平均0.55%，全磷0.22%，全钾0.6 %左右。粪便中的有机质经过微生物的分解和重新合成，最后形成腐殖质，其对土壤改良、培养地力的作用是任何化肥都无法比拟的。制作饲料的方法主要包含直接饲喂、干燥处理、发酵处理、青贮和膨化制粒等。主要的方式是将畜禽粪便与禾本科青饲料一起青贮，制作的饲料具有酸香味，适口性好，同时可以杀死粪便中的病原微生物和寄生虫。目前，有一些国家不提倡将畜禽粪便用作饲料，因为粪便饲料具有一些潜在的危险和不足，而且营养成分含量也不均衡。

4 结论

本论文以《2011湖南省常德市农村统计年鉴》中出栏畜禽数量作为统计基数，根据畜禽排放系数和粪汚含量，估测了2011年湖南省常德市畜禽粪汚排泄情况，以供参考:①2011年湖南省常德市出栏生猪590.63万头、出栏牛14.75万头、出栏肉羊170.26万头、出栏家禽11508.06万羽。②2011年湖南省常德市畜禽粪便总量792.97万t，尿液排泄总量441.71万t，COD(化学需氧量)33.16万t，BOD(生化需氧量)29.98万t，NH3-N 2.48万t，总磷4.36万t，总氮8.21万t。③2011年湖南省常德市畜禽粪便中Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、As、Hg的排泄量分别为284.36、217.13、32.61、36.86、6.05、33.44、5.43、0.29 t。④2011年湖南省常德市猪粪排泄四环素类7560 Kg，喹诺酮类245.8 kg，磺胺类1863.45 kg;牛粪排泄四环素类870 kg，喹诺酮类104.87 kg，磺胺类693.38 kg;鸡粪排泄四环素类7510 kg，喹诺酮类62.38 kg，磺胺类3316.96 kg。鸡粪是抗生素排泄的主体，占抗生素总排泄量的49 %，牛粪排泄抗生素占7.5%，猪粪排泄抗生素占43.5%;从抗生素种类分析，四环素是畜禽粪便排泄的主体，占总量的71.72%，磺胺类占26.43%，喹诺酮类占1.85%。⑤2011年湖南省常德市畜禽粪便发酵产气总量约为77002万m3，相当于53.9万t无烟煤产生的能量。⑥畜禽粪汚治理应坚持减量化、无害化和资源化三原则，倡导畜牧健康养殖理念。

［1］2011湖南农村统计年鉴［M］.北京:中国统计出版社，2011.

［2］王方浩，马文奇，窦争霞，等.中国畜禽粪便产生量估算及环境效应［J］.中国环境科学，2006，26(5):614－617.

［3］刘荣乐，李书田，王秀斌.我国商品有机肥料和有机废弃物中重金属的含量状况与分析［J］.农业环境科学学报，2005，24(2): 392－397.

［4］路娟娟，张无敌，刘士清，等.羊粪沼气发酵产气潜力的试验研究［J］.可再生能源，2006(5):29－31.

［5］宋立，邓良伟，尹勇.羊、鸭、兔粪厌氧消化产沼气潜力与特性［J］.农业工程学报，2010，26(10):277－282.

［6］国家标准.GB 9958-1988，1989农村家用沼气发酵工艺规程［S］.

［7］孙刚，袁守军，计峰，等.畜禽粪便中抗生素残留危害及其研究进展［J］.环境与健康杂志，2009，26(3):277－279.

［8］张慧敏，章明奎，顾国平.浙北地区畜禽粪便和农田土壤中四环素类抗生素残留［J］.生态与农村环境学报，2008，24(3):69－73.

［9］邰义萍，罗晓栋，莫测辉，等.广东省畜牧粪便中喹诺酮类和磺胺类抗生素的含量与分布特征研究［J］.环境科学，2011，32(4): 1188－1193.

［10］李云辉，吴小莲，莫测辉，等.畜禽粪便中喹诺酮类抗生素的高效液相色谱—荧光分析方法［J］.江西农业学报，2011，23(8): 147－150.

［11］国彬，姚丽贤，何兆桓，等.高效液相色谱法测定畜禽废弃物中磺胺类、喹诺酮类抗生素［J］.环境化学，2011，30(12):2054－2059.

［12］张树清，张夫道，刘秀梅，等.规模化养殖畜禽粪主要有害成分测定分析研究［J］.植物营养与肥料学报，2005，11(6):822－829.

［13］李书田，刘荣乐，陕红.我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析［J］.农业环境科学学报，2009，28(1):179－184.

［14］李庆康，吴雷，刘海琴，等.我国集约化畜禽养殖场粪便处理利用现状及展望［J］.农业环境保护，2000，19(4):251－254.

［15］翁伯琦，雷锦桂，江枝和，等.集约化畜牧业污染现状分析及资源化循环利用对策思考［J］.农业环境科学学报，2010，29(增刊):294－299.

［16］孔源，韩鲁佳.我国畜牧业粪便废弃物的污染及其治理对策的探讨［J］.中国农业大学学报，2002，7(6):92－96.

(责任编辑 陈虹)

Estimation of Production Amount of Livestock and Poultry M anure and Control Countermeasures in Changde City of Hunan Province

GUO Dong-sheng1，PENG Xiao-lan2
(1.College of Life and Environmental Science，Hunan University of Arts and Science，Key Laboratory of Zoology in Hunan Higher Education，Hunan Changde 415000，China;2.Aquatic Animal Husbandry and Veterinary Bureau of Changde Wuling District，Hunan Changde 415000，China)

The objective of thisexperimentwas to understand the pollution status of livestock and poultry breeding to provide theoretical basis for itsprevention and control in Changde city of Hunan province.Based on the excretion parameter of animal and the Changde ruralstatistical yearbook of 2011，the production amountof livestock and poultrymanure in 2011 in Changde city of Hunan provincewasestimated.The results showed that the amount of livestock and poultrymanure in the year2011 in Changde city of Hunan provincewas792.97 million tons，the amounts of urine，COD，BOD，NH3-N，TP，TN were 441.71，33.16，29.98，2.48，4.36，8.21 million tons，respectively;The amounts of zinc，copper，chromium，lead，cadmium，nickel，arsenic，mercury were 284.36，217.13，32.61，36.86，6.05，33.44，5.43，0.29 tons，respectively.The excretion antibiotics amount of livestock and poultrymanures in the year 2011 in Changde city of Hunan province was22.23 tons，the amount of Tetracycline，Quinolones，Sulfonamides was 15.94，0.413，5.87 tons，respectively.The fowl dung are themajor route of antibioticsexcretion，accounted for49%of the total.Tetracyclinewas themain antibiotic from the livestock and poultrymanures，which accounted for 71.72%of the total.The amountofmarsh gaswas77002 million cubicmeters from the animalmanure of2011.The amountof livestock and poultrymanurewas huge quantity，the pollution was serious，the reduction，harmlessnessand resourceswere themeasures and methods of animalmanure.

Changde city;Animalmanure;Excretion parameter;Estimate

S19

A

1001－4829(2017)2－0444－08

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.034

2016－01－20

2014年湖南省普通高等学校教学改革研究项目(湘教通［2014］247号，No.400);2014年湖南文理学院教学改革研究重点项目(JGZD1410);2014年常德市科技计划项目(2014JF18)

郭冬生(1973－)，男，湖南澧县人，教授，硕士，动物营养与饲料科学，E-mail:guods888@163.com，Tel:13548885916。